普鲁兰多糖对大米淀粉糊化和老化特性的影响

熊晓辉，宋小琳，姚丽丽，陆利霞

（南京工业大学食品与轻工学院，江苏南京211816）

我国是水稻生产大国，并且全国有2/3的人口以大米作为主食，大米中淀粉含量丰富，糊化后的大米淀粉在运输、储存过程中会不可避免的发生老化，其性质也会有所变化，如水溶性降低[1]、口感差、消化性能差等，进而影响淀粉质食品的感官特性，缩短了货架期，导致资源浪费。多糖对淀粉老化具有较好的延缓作用，目前研究报道较多，例如：β-葡聚糖、茶多糖、木葡聚糖等[2-4]。但是，有关普鲁兰多糖对大米淀粉抗回生方面的研究未见报道。普鲁兰多糖是一种直链状多糖[5]，其成膜性、阻气性、可塑性、黏性均较强，并且具有易溶于水、无毒无害、无色无味等优良特性，已广泛应用于医药、食品、轻工、化工和石油等领域[6]。本研究以实验室自提取高直链大米淀粉为原料，通过添加不同比例的普鲁兰多糖，与目前公认的抗淀粉老化效果较好的海藻糖进行比对研究，利用快速黏度分析仪（RVA）和差示扫描量热仪（DSC）检测大米淀粉的黏度性质和热力学性质，通过扫描电子显微镜（SEM）观察大米淀粉颗粒的表观特性，旨在为方便米饭、方便米粉、糕团类食品等大米制品延缓老化的研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

氢氧化钠、盐酸、碘化钾、碘、95%乙醇、冰乙酸、甲醇、乙醚 均为分析纯；支链淀粉与直链淀粉标准品 美国Sigma公司。

差示扫描量热仪（DSC）美国PE公司；快速黏度分析仪（RVA）澳大利亚Newport Science公司；扫描电子显微镜（SEM）日本HITACHI公司；恒温水浴锅；离心机；分析天平；恒温鼓风干燥箱；紫外分光光度计。

1.2 实验方法

1.2.1 大米淀粉的提取[7]称取一定量的大米清洗，室温下浸泡过夜，沥干水分，研磨后过80目筛，60℃烘干，备用。100g大米粉在250mL 0.2%的NaOH中浸泡12h，室温下搅拌5min，6000r/min离心5min，移除上清液及上层棕色物质，用蒸馏水洗下层白色淀粉层，数次离心，水洗至上清液pH为6.0～7.0，固体物质45℃干燥48h。

淀粉样品中加入2倍体积的体积比为1∶1的乙醚/甲醇混合液体，充分混合并静1h，6000r/min离心10min，反复离心3次，以最大限度的去除脂肪成分，室温下放置两天以便有机溶剂完全挥发，60℃烘干研磨，过100目筛，备用。

1.2.2 大米淀粉中直链淀粉、水分、灰分、蛋白质、脂肪含量的测定 依次参照国标GB/T 15683-2008、GB/T 5009.3-2010、GB/T 5009.4-2010、GB/T 5009.5-2010和GB/T 5009.6-2003执行。

1.2.3 大米淀粉与普鲁兰多糖、海藻糖的混合比例[4]大米淀粉（Rice Starch，RS）中分别添加5%、10%、15%（占混合体系干基重）的普鲁兰多糖（Pullulan，P）、10%的海藻糖（Trechalose，T）。

1.2.4 大米淀粉的热力学性质测定（DSC）[8]25%淀粉糊于沸水浴中加热搅拌20min，使其完全糊化，冷却至室温加盖密封，防止水分蒸发，并在4℃条件下储存7、14d后用DSC测定。

称取40mg左右样品到铝坩埚中，测试条件：以10℃/min的速度从20℃加热到105℃，空坩埚作参比，载气为氮气，流速20mL/min。从DSC糊化曲线中确定糊化的初始温度To、峰值温度Tp、终值温度Tc，根据峰面积计算糊化焓值ΔHg。

1.2.5 大米淀粉的黏度分析（RVA）[9]准确量取25mL去离子水于铝制坩埚中，称取3.5g不同质量比例的样品与去离子水混合均匀，将坩埚放入RVA样品室中，RVA的程序为：160r/min搅拌10s，50℃保持1min；后以12℃/min升至95℃，保持2.5min；以相同的速度降到50℃，保持1min。从RVA的黏度曲线中确定淀粉糊的谷黏度MV，峰黏度PV，终黏度FV，衰减值BKD（=PV-MV），回生值SB（=FV-PV）。

1.2.6 普鲁兰多糖对大米淀粉回生影响的扫描电镜观察（SEM）添加15%、25%普鲁兰多糖的淀粉溶液在沸水浴中加热搅拌20min，确保完全糊化，糊化后的样品冷却至室温，密封以防止水分蒸发，4℃冰箱中贮存14d后进行冷冻干燥，研磨过100目筛，干燥的淀粉颗粒样品用双面胶固定在载物台上，吹去多余淀粉，然后放入镀金仪器中，用离子溅射镀膜仪将样品镀金，取出放入扫描电镜，以20kV的加速电压在不同放大倍数下观察淀粉颗粒形态。

1.3 数据处理

实验过程中每个处理均重复三次，取其平均值。统计分析采用软件Origin Pro 7.5，样品进行t检验，p＜0.05具有显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 大米淀粉中基本化学组分

以直链淀粉百分含量为横坐标，吸光值为纵坐标得到标准曲线公式为：y=0.0075x+0.0382，R2=0.9969。大米淀粉中主要化学组分测定结果如表1所示。

表1 大米淀粉中主要化学组分的含量（%）Table 1 The main chemical compositions of rice starch（%）

2.2 糖类对大米淀粉糊化性质的影响

表2 糖类对大米淀粉糊化温度和焓值的影响Table 2 The effects of pullulan on gelatinization temperatures and enthalpy of rice starch

随着普鲁兰多糖添加量从5%增加到15%，淀粉糊化焓值的减小值从0.69J/g上升到1.09J/g，这可能是由于普鲁兰多糖使水分子的自由度大大降低，水分子对大米淀粉颗粒的渗透以及对大米淀粉分子氢键的攻击受到抑制，从而使糊化受到抑制，推迟了糊化时间，降低了糊化焓值，升高了糊化温度[10]。10%海藻糖的添加也会使淀粉的糊化温度升高，糊化焓值降低（降低了0.75J/g），这说明，普鲁兰多糖和海藻糖对大米淀粉的糊化性质具有相同趋势的改变。

2.3 糖类对大米淀粉黏度特性的影响

由表3知，添加不同比例的普鲁兰多糖会使大米淀粉的峰黏度、谷黏度、终黏度降低；且普鲁兰多糖添加比例越大，高直链大米淀粉黏度降低越显著。与空白样品相比，普鲁兰多糖添加量为15%时，峰黏度、谷黏度、终黏度分别降低了2956.33、1828.33、4948.67cP，同时淀粉的糊化温度从76.82℃升高到15%添加量时的77.80℃，这与DSC所测结果保持一致。普鲁兰多糖与水分子的结合能力显著高于淀粉与水分子之间的结合力，从而使淀粉和水分子之间的相互作用减弱，同时加强了大米淀粉分子间的相互作用，因此大米淀粉分子尺寸随普鲁兰多糖的添加而减小，引起黏度变小[10]。与空白样品相比较，海藻糖的峰黏度、谷黏度和终黏度也有一定程度的降低，同时糊化温度也升高。

表3 糖类对高直链大米淀粉的黏度特性的影响Table 3 The viscosity property of high amylose rice starch containing pullulan

表4 多糖对高直链大米淀粉老化特性的影响Table 4 The retrogradation property of high amylose rice starch containing pullulan

RVA中的回生值表示温度降低时，分子聚集作用发生的程度，即老化的趋势，回生值越低，老化越不明显[11]。随着普鲁兰多糖添加量，从0%增加到15%，大米淀粉的回生值从2463.67减小到471.33，而添加10%海藻糖时，大米淀粉的回生值为1761.00，表明普鲁兰多糖对淀粉老化起到较好的延缓作用，且普鲁兰多糖的添加量越大，对淀粉老化的影响也越大。

2.4 多糖对高直链大米淀粉老化特性的影响

糊化的淀粉经存放后会有不同程度的老化。一般情况下，直链淀粉含量越高，淀粉的老化速率也就越快。本研究将糊化后的淀粉于4℃环境下分别贮存7、14d，观察不同添加比例的普鲁兰多糖及10%海藻糖对高直链大米淀粉老化特性的影响。

由表4可知，随储存时间的延长，对照样的R从第7d的62.12%升高到第14d的77.24%；添加了不同比例普鲁兰多糖及10%海藻糖的大米淀粉的R亦有不同幅度的增加。相同老化时间内，高直链大米淀粉的老化程度会随着普鲁兰多糖的添加而降低，这说明普鲁兰多糖在一定程度上能够较好的延缓淀粉老化。海藻糖的抗老化效果比相同添加量的普鲁兰多糖的效果明显，但是当第14d时，添加15%普鲁兰多糖的淀粉R值与添加10%海藻糖的淀粉样品R值相当，预测当普鲁兰多糖的添加量进一步增大时，大米淀粉的老化值会有更加明显的变化。

2.5 普鲁兰多糖对老化后大米淀粉微观结构的影响

图1中可以清楚的看到淀粉样品颗粒的立体结构，空白样品在4℃下贮存14d后，变成了“石头状”硬块（图1（a）），而添加15%和25%普鲁兰多糖（图1（b～c））的大米淀粉样品出现一些网孔状结构，其中的网孔是冷冻干燥时脱水形成的，这说明添加普鲁兰多糖的样品在贮存14d后仍能保持大量水分，添加25%普鲁兰多糖的淀粉样品网孔比添加15%普鲁兰多糖的淀粉样品网孔更致密更规则，表明前者的保水性能更好。以上观察结果表明，普鲁兰多糖具有较好的保水性，使淀粉的持水性能提高，再次说明普鲁兰多糖具有延缓大米淀粉回生的能力[13]，25%普鲁兰多糖对淀粉老化的抑制效果最好。

图1 添加普鲁兰多糖的大米淀粉样品糊化后在4℃下贮存14d的SEM图（300×）Fig.1 Scanning electron micrographs of granules of gelatinized rice starch samples containing various ratios of pullulan after 14d storage at 4℃（300×）

3 结论

3.1 普鲁兰多糖的添加会使大米淀粉的糊化温度升高，但是糊化焓值会降低，这与海藻糖对淀粉糊化的影响是一致的。普鲁兰多糖对分别老化7d和14d的高直链大米淀粉也有降低老化焓值、降低老化程度的影响，添加15%普鲁兰多糖时效果较好，与添加10%的海藻糖效果相当。

3.2 普鲁兰多糖可以降低大米淀粉的峰黏度、谷黏度、终黏度、衰减值和回生值，并且在一定范围内，这种变化随着普鲁兰多糖添加量的增加而变大。15%的普鲁兰多糖比10%海藻糖的效果好，淀粉的老化值最小。

3.3 普鲁兰多糖能抑制大米淀粉重结晶，减少样品水分流失，具有持水性，这些再次说明普鲁兰多糖具有延缓大米淀粉回生的能力，在本实验的研究范围内，25%普鲁兰多糖对淀粉老化的抑制效果最好。

[1]Karim AA，Norziah MH，Seow CC.Methods for the study of starch retrogradation[J].Food Chemistry，2000，71：9-36.

[2]Rawiwan Banchathanakij，Manop Suphantharika.Effect of differentb-glucans on the gelatinisation and retrogradation of rice starch[J].Food Chemistry，2009，114：5-14.

[3]Zhou Yibin， Wang Dongfeng， Zhang Li， et al.Effect of polysaccharides on gelatinization and retrogradation of wheat starch[J].Food Hydrocolloids，2008，22：505-512.

[4]Theeranan Temsiripong，Rungnaphar Pongsawatmanit，Shinya Ikeda，et al.Influence of xyloglucan on gelatinization and retrogradation of tapioca starch[J].Food Hydrocolloids，2005，19：1054-1063.

[5]Roukas T.Pretreatment of beet molasses to increase pullulan production[J].Process Biochemistry，1998，33：805-810.

[6]马海蓉，李艳，高文慧，等.普鲁兰多糖生产菌种及其在农产品保鲜中的应用[J].河北省科学院学报，2000，17（2）：124-128.

[7]Ibáñez AM， Wood DF， Yokoyama WH， et al.Viscoelastic properties of waxy and nonwaxy rice flours，their fat and proteinfree starch，and the microstructure of their cooked kernels[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55：6761-6771.

[8]Wu Yue，Chen Zhengxing，Li Xiaoxuan，et al.Effect of tea polyphenols on the retrogradation of rice starch[J].Food Research International，2009，42：221-225.

[9]AN HJ，KING JM.Using Ozonation and Amino Acids to Change Pasting Properties of Rice Starch[J].Journal of Food Science，2009，74（3）：278-283.

[10]房岩强，宋晓庆，董海洲.普鲁兰多糖对绿豆淀粉功能特性的影响[J].中国粮油学报，2010，25（3）：40-44.

[11]Zaidul ISM，Karim AA，Manan DMA，et al.Gelatinization properties of sago and wheat flour mixtures[J].ASEAN Food Journal，2003，12：585-598.

[12]Rodríguez-Sandovala E，Fernández-Quinterob A，Cuvelierc G，et al.Starch retrogradation in cassava flour from cooked parenchyma[J].Starch/Stake，2008，60：174-180.

[13]吴跃.抗高直链大米淀粉回生的物理修饰及其回生的检测和表征[D].无锡：江南大学，2010.